中國網/中國發展門戶網訊 月球與深空探測是我國科技發展的重大戰略。2004年，我國正式啟動了嫦娥工程，目前已完成“繞、落、回”三步走的探測規劃，成為第3個從月球采樣返回的國家，并首次實現了月球背面采樣返回。未來，我國無人月球探測的目標是建立國際月球科研站，開展月球科學深化研究與資源綜合開發利用。同時，我國已正式發布載人月球探測的初步方案，計劃在2030年前實現載人登月并開展科學探索。屆時，載人和無人兩種月球探測方式將同步開展、互為補充，完成“建站”和“登月”，實現人機聯合的科學探測和資源利用。
載人月球探測將有望獲得更重大的科學發現。與無人月球探測相比，載人月球探測過程中，航天員具有更強的自主決策能力，采樣方式更加靈活，返回樣品可能具有更高科學價值；同時，航天員可應對更復雜的環境，完成更復雜的操作，能更有效率、有針對性且精準地布設探測儀器，從而獲取更豐富、更高質量的探測數據；此外，航天員可以與地面實時交互，并通過人機聯合地質考察，實現對月球更全面的認識。
我國的載人月球探測與行星科學研究面臨巨大挑戰。當前我國已是載人月球探測主導國之一。但與美國相比，我國在科研成果產出、基礎研究經費投入、后備人才培養，以及工程與科學深度融合等方面仍然存在一定差距。以及，從基礎科學研究支撐相應工程科技進步的內在邏輯和固有規律來看，我國正積極部署的載人登月等深空探測宏偉藍圖的實現，不僅要求我們要在工程技術上取得巨大突破，還要求我們要做好載人月球探測與行星科學基礎研究的強有力支撐。尤其是在深空探測技術的不斷進步，載人月球探測與行星科學邁入嶄新發展背景下，如何以載人月球探測工程為牽引，完善相應人才培養體系，筑牢基礎研究根基，做好學科發展戰略與政策研究，從而前瞻性布局，是擺在我國科技工作者面前的難題之一。
為更好地服務我國載人月球探測與行星科學研究發展戰略，本文首先系統比較了中美載人月球探測和行星科學發展的現狀、問題和差距。然后基于深度訪談和問卷調查方法，向深度參與我國行星科學和深空探測的13位知名專家開展調研，形成8個方面的25條建議；并基于560余位月球與行星科學研究領域學者的問卷反饋數據，形成突出性問題和急需實施的政策建議清單。最后，綜合訪談和問卷調查結果，形成4條載人月球探測與行星科學學科發展政策建議。這是一個基于較大體量的中國載人月球探測與行星科學研究學者的問卷調查和深度訪談的，較為系統、針對性較強、共識較高的載人月球探測與行星科學發展政策研究，旨在為我國載人月球探測的科學研究發展思路和政策制定提供參考。
中美月球探測和行星科學現狀對比
中美兩國是目前月球探測的第一梯隊，也是未來載人月球探測的主導國。20世紀60年代，美國阿波羅載人月球探測采集并
返回382 kg月球樣品，對這些月球樣品的科學研究，使得人類對月球的認識產生了根本性的進步，提高了對類地行星形成和演化的認知。“阿波羅計劃”的巨大成功和深遠影響奠定了美國在月球研究方面的領先地位，成為美國冒險與開拓精神的象征，極大地提升了美國的國際影響力，激發了美國人民的民族自豪感和榮譽感。“阿波羅計劃”結束近50年后，美國聯合了家教歐洲各國、日本和印度等20多個國家，啟動了重返月球的“阿爾忒彌斯計劃”，不僅計劃載人登陸月球南極和背面艾特肯盆地，而且準備將月球作為載人登陸火星的踏板和中轉站。相比之下，我國的月球探測起步較晚，但在過去20年取得了長足進步。嫦娥工程六戰六捷，標志著我國已經具備了全月面到達并采樣返回的工程技術能力，且在月球科學上不斷取得新發現。例如，嫦娥四號任務實現了人類歷史上首次月球背面著陸，對南極艾特肯盆地開展了巡視探測；嫦娥五號任務確定月球20億年前仍存在火山活動，將月球火山活動持續時間延長了8億—10億年，改寫了對月球熱演化歷史的認識；嫦娥六號任務實現人類首次月球背面采樣返回，將有望在月球二分性等重要科學問題上取得突破。同時，我國也計劃在2030年前實施載人月球探測。在可預見的未來，月球探測將由中美兩國主導，兩國在載人月球探測領域的博弈與發展將引領人類關于未知深空的認知。
與國際同行相比，我國的月球科學研究仍需要更多積累。基于Web of Science數據庫的文獻計量分析，美國在月球科學領域的論文無論是數量還是質量都處于領先地位。我國過去20年在該領域的論文數量逐年提升，2013年已超越德國，上升至第2位，且增長趨勢仍然在持續，有望在未來幾年超越美國，上升至第1位（圖1a）。但是，在如下3個方面與美國相比仍有較大差距：① 高被引論文較少，學術影響力較低。目前，我國發表的月球科學相關的論文數達到3 083篇，數量僅次于美國，但每百篇論文產出重要論文數（高被引原創論文或高影響綜述論文）僅有0.94篇，遠低于美國的3.98篇（圖1b）。② 具有世界影響力的頂尖學者較少。截至2022年12月31日，全球月球科學領域發表論文數排名前10位的作者依然全部是美國學者。其中，3位學者起步于美國阿波羅計劃階段（1969—1972年），5位學者起步于美國重返月球計劃階段（1991—1998年）。這表明培養頂尖學者一方面需要時間積累，另一方面需要月球探測任務的支撐。③ 高影響力國內學術期刊較少。截至2022年，月球科學領域發表論文數排名前10位的期刊美國占8種，英國占2種。期刊創辦也是提升我國在月球科學研究影響力的重要抓手。
研究經費投入
美國阿波羅計劃和阿爾忒彌斯計劃不僅列支了工程經費，而且設立了專門的科學研究經費。據美國國家航天局歷史參考資料集公開的原始預算證明文件，1960—1973年期間，美國在“阿波羅計劃”上的花費是258億美元（圖2）。其中，航天器耗費83億美元，運載火箭耗費94億美元，任務支持與運營耗費29億美元，基礎研發耗費9億美元，基礎設施耗費18億美元，研究和項目管理耗費25億美元（占比9.69%）。如果換算為2020年的購買力，“阿波羅計劃”的項目總消耗約為2 570億美元。美國航空航天局監察長辦公室估計，到2025財年，“阿爾忒彌斯計劃”的總成本將達到930億美元。其中，獵戶座飛船總耗費178.7億美元，太空發射系統總耗費295.2億美元，任務支持與運營總耗費201.3億美元，地面應用系統總耗費70.0億美元，其他空間技術總耗費91.6億美元，月球探測技術與研究總耗費92.7億美元（占比9.97%）。
我國嫦娥工程初期以工程經費為主，沒有設置專門的科學研究經費，目前正在逐步改善。我國嫦娥工程的實施為我國月球科學研究提供了有自主知識產權的原始數據和新的月球樣品，在實施探月工程的前期，因確保飛行器安全抵達、著陸、返回是一切工作的前提，故初期工程任務以工程經費為主。當前，配套科研經費不足這一狀況正在逐步改善，國防科技工業局聯合國家自然科學基金委員會一起部署專項項目群，對嫦娥四號、五號任務的科學研究進行專項資助。在設計探月四期（嫦娥六號至八號）的實施方案中，第一次專門編制了科學研究的經費預算。在科研經費管理方面，國家自然科學基金委員會在數學物理學部設置了行星科學，在地球科學部設置了行星地質學、行星物理學、宇宙化學和行星化學等申請代碼。這些舉措加強了對行星科學研究的支持，但仍然存在資助較零散、學科管理歸屬不明確等問題，建議整合。
人才培養體系
在美國“阿波羅計劃”的影響下，美國大部分高水平高校都設置有行星科學學院（系）。1958年美國宇航局決定對太陽系進行深空探測之后，第一項工作是尋找相關領域的科學家，但發現無人可用。于是，美國宇航局開始投入巨額經費激勵科學家從事行星科學研究。1960年，美國第一個行星科學研究機構——月球與行星科學實驗室在美國亞利桑那大學成立，至今仍是世界行星科學研究機構中的佼佼者。1973年，亞利桑那大學依托該實驗室又成立了第一個行星科學系，標志著美國行星科學人才教育培養體系的建立。亞利桑那大學行星科學系的辦學模式為：一線科學家“上講臺”，研究生進入實驗室科研，教學和研究圍繞正在進行的探測任務展開。可以說，其辦學模式是當代大學發展中“科教融合”的一個極為成功的案例。在此之后，哈佛大學、耶魯大學、麻省理工學院等幾十所頂尖大學都相繼建立了行星科學系或者在地球科學系的基礎上建立地球與行星科學系。在充足的教育經費支持下，借助積累下的行星科學數據和月球樣品，這些有著優秀行星科學家的大學和研究機構為美國培養出和輸出了大批行星科學人才，并在美國一次又一次的深空探測任務中扛起了科學大旗，產出了令世界矚目的科學成果。
我國行星科學教育起步較晚，但已經開始萌芽。近10年來，國內部分高校（如南京大學等）和一些中國科學院所屬研究所（如中國科學院地質與地球物理研究所等）以交叉研究的形式，培養了一批行星科學方向的研究生，并授予地球科學或天文學的學位。2021年國務院學位委員會批準將行星科學設立為一級交叉學科，中國科學院大學開始招收行星科學專業的研究生。2022年教育部將其列為普通高等學校本科新專業名單，包括成都理工大學、中國科學技術大學、北京大學、南京大學在內的多所大學開始相繼招收行星科學專業的本科生，并開設更多和更系統的行星科學相關課程。
科學與工程的融合
通過推動科學與工程融合，美國實現了行星科學和深空探測工程的可持續發展。20世紀60—90年代，蘇聯和美國展開了激烈的太空競賽。蘇聯率先拉開了人類太空探索的序幕，在月球、火星、金星等探測任務上實現了一系列創舉。然而，由于忽視了科學對工程的牽引作用，相關工程任務也難以為繼，盡管在工程技術上創造了許多第一和首次，但在太陽系和行星的起源與演化等知識體系的構建上幾乎難見其貢獻。相比之下，美國非常重視基礎科學與工程技術協調發展，在“美蘇太空競賽”中逐漸取得優勢，并贏得霸主地位。到20世紀90年代中期，美國提出“更快、更好、更經濟”的標準，向科學家開放申請探測研究計劃，從而掀起了第二次深空探測熱潮。前期培養出的行星科學家在這一次熱潮中扮演了主角，他們聯合工程師共同提出科學目標和探測方案，建立白皮書制度。大到探測任務，小到科學載荷，皆由原創思想的提出者擔任首席科學家，充分調動科學家們參與國家深空探測任務。
我國的行星科學研究與探測工程之間的交叉融合有待加強。目前，我國的深空探測任務科學家的積極性尚未被充分調動，科學家與工程師之間溝通交流不足，科學家很少參與到載荷的具體研制和論證，工程師也很少參與到后續科學數據的具體解讀。這樣的狀況正在改變和改善。例如，在嫦娥七號、八號和載人月球探測任務中，越來越多的科學家已參與到任務的科學目標論證和科學載荷的研制工作中。
調查框架與問卷發放
框架設計說明
為了快速梳理目前我國行星科學發展存在的問題，全面收集行星科學研究者對未來載人月球探測的建議，本研究首先對國內行星科學的資深研究者進行了訪談。訪談主題是“為更有效地組織載人月球探測的科學與應用研究，您在如下8個方面有何意見和建議：科學論證；關鍵技術預研；數據和樣品分析；青年人才培養和人才隊伍建設；平臺建設；經費支持；國際合作；法律法規和環境建設。”
訪談對象為13位深度參與行星科學研究的學者和知名專家，包括科研院所行星科學領域負責人2位，高校行星科學領域帶頭人3位，其余8位專家包括正高級職稱5位，副高級職稱3位。根據訪談結果整理和歸納，形成了涵蓋全部8個方面的25條建議（表1）。
問卷調查情況
基于上述問題和建議設計了調查問卷，于2023年10月9—19日通過微信群發布問卷。問卷發布對象是2021年中國行星科學大會的參會者和2022年青年行星論壇的參會者，一共4個微信群，分別是“行星科學大會一群”（477人）、“行星科學大會二群”（429人）、“第五屆青年行星論壇一群”（490人）、“第五屆青年行星論壇二群”（471人）。兩次大會的參會人數分別為1 020人和1 040人，基本上涵蓋了我國行星科學領域的主要研究者，微信群分別覆蓋了兩次大會參會者的88.8%和92.4%。
問卷以自愿實名的形式開展調查，共獲得564份調查問卷，其中有252位是實名，占比44.7%。在實名受訪者中，有212位（84.1%）來自科研院所和高校。其中，97人來自科研院所，含日本、美國研究院所各1人；另外115位來自高校，含港澳6人，日本2人。考慮到兩次大會參會人員都在1 000人左右，我國目前行星科學研究者的數量應為1 000多人；本問卷的受訪者達到了564人，調查樣本充足且絕大部分是來自科研院所和高校，問卷結果應可以在很大程度上反映我國行星科學研究者的總體意見。
此外，根據受訪者對行星科學、月球與深空探測工程、科研管理和科技政策、科學教育4個領域的自我評估（圖3）調查數據可知，70%以上的受訪者對行星科學和探測工程非常了解或比較了解，63%的受訪者對科學教育領域非常了解或比較了解，但大部分受訪者（57%）對科研管理和科技政策不太了解。這在一定程度上表明，本問卷受訪者對行星科學、月球與深空探測工程、科研管理和科技政策、科學教育有較好的認知與理解基礎，本調查所揭示的問題具備相當的代表性，相關政策建議的提出在一定程度上可作為科技政策制定的參考。
本問卷首先對突出性問題進行了調查，結果顯示，受訪者認為亟須關注的2個突出問題是：① 學科管理歸屬不明確（54.96%）。目前，國家自然科學基金委員會數學物理科學部設置了行星科學（A17）申請代碼，地球科學部設置了行星地質學（D0212）、行星物理學（D0414）、宇宙化學和行星化學等申請代碼（D0307）等，但由于申請代碼分散在不同學科之中，無法保障長期穩定的行星科學研究經費和人才培養，不能滿足日益蓬勃發展的行星科學研究。針對這一問題，問卷對如何進一步優化行星科學的部署問題進行了調查。結果（每人限選2項）顯示，65.07%的受訪者認為應當成立行星科學新學科，48.58%的受訪者認為行星科學的管理應當歸屬到地球科學部，36.17%的受訪者認為應當歸屬到交叉科學部。另外，有7.45%和1.77%的受訪者認為應當歸屬到數理科學部或其他（圖4）。② 缺乏長期的規劃（58.87%）。我國目前的行星科學研究主要圍繞深空探測正在實施的任務來開展，這種模式有利于快速培養直接參與任務的年輕人才成長，但是也因為缺乏頂層設計和長遠規劃，限制了學科的全面發展和人才梯度建設。一方面，需要從國家層面把握總的戰略方向，通過國家任務填補學科空白點，集中力量發展關鍵技術，保障載人和無人月球探測的順利實施；另一方面，在探測任務之外，還需要進行行星科學的長遠規劃，加強基礎研究的前瞻布局，鼓勵科學家開展自由探索，完善人才梯度建設，力爭實現行星科學理論的重大突破，提升我國的國際影響力。此外，受訪者認為的突出問題還包括：③ 對原創保護不足（46.28%），導致無法吸引更多科學家積極參與相關任務論證；④ 數據樣品共享不足（39.18%），限制了行星科學研究產出能力；⑤ 教育體系不完善（41.49%）,導致青年人才供應嚴重不足等（圖4）。
為了解與會人員對25條建議的支持度，本研究將每個建議設置為5個選項的單選題，選項分別是：“非常需要”“需要”“一般”“不需要”和“完全不需要”。問卷支持度計算時，將5個選項分別賦予5—1分的分值，并計算每個選項的得分平均值（圖5）。
調查數據顯示，受訪者認為的亟須改革前3個問題依次為：經費支持（4.75分）、關鍵技術預研（4.75分）和人才隊伍建設（4.74分）。此外，任務規劃和科學目標論證（4.70分）、平臺設施建設（4.65分）、數據和樣品管理（4.58分）、法律法規和環境建設（4.37分）以及國際合作（4.32分）分別排在第4到第8位。顯然，前3項得分最接近5分，表明幾乎所有的受訪者都認為經費支持、關鍵技術預研及人才隊伍建設是目前亟須解決的問題。最后2項得分雖然小于4.5分，但依然遠大于“一般”的3分。也就是說，相對前6項改革建議而言，法律法規、環境建設和國際合作方面改革雖沒那么緊迫，但依然是多數與會專家認為有必要進行改革的方面（圖5）。
根據綜合平均分得分的高低，我們可以遴選出受訪者認為的最亟須實施的政策建議。為此，我們依據綜合得分排序將25條具體建議分為3組（圖5）：非常需要（前20%，5條）、需要（40%，10條）、一般（后40%，10條）。
受訪者認為亟待實施的建議依次為：① 建議4，長遠規劃，分層次對長期、中期、短期關鍵技術進行布局（4.69分）；② 建議2，統籌開展載人和無人月球探測的科學目標論證，規劃月球探測路線圖，加強任務間的協同（4.60分）；③ 建議3，針對每臺載荷，建立載荷科學家團隊，全程參與科學目標論證、載荷研制、試驗驗證、數據分析和成果產出（4.60分）；④ 建議11，建立多元化科研評價標準，針對不同的工作性質，進行差異性分類評價機制（4.60分）；⑤ 建議16，明確行星科學的學科歸屬，穩定支持其基礎研究，培育研究隊伍，形成規模優勢（4.59分）。
受訪者認為需要實施的建議依次為：① 建議17，在探測任務中設立科學研究專項，保障探測任務科學產出（4.58分）；② 建議9，完善行星科學教育體系，加強本科生和研究生教育（4.57分）；③ 建議10，鼓勵青年人才參與重大任務，設定年輕科學家在重大任務中的比例（4.57分）；④ 建議5，以目標為導向，公開征集和競爭，支持多種技術路線（4.56分）； ⑤ 講座建議15，建立行星大數據平臺（4.56分）；⑥ 建議1，建立白皮書制度，保護原創想法，鼓勵全國各領域學者參與科學目標論證（4.52分）；⑦ 建議8，縮短數據和樣品發布時間，存儲機構及時解決用戶提出的問題（4.52分）；⑧ 建議18，增加小型項目比例，鼓勵小團隊自由探索（4.52分）；⑨ 建議25，利用政策激勵科學家積極參與科學普及和科學教育（4.52分）；⑩ 建議14，建立地外天體環境和空間模擬平臺（4.50分）。
政策建議
加強行星科學的學科布局與管理，進行長遠規劃及穩定資助支持
受訪者認為，當前我國行星科學最突出問題是學科劃分與布局不明確，缺乏長期穩定的經費支持。例如，國家自然科學基金委員會在數學物理科學部和地球科學部分別設置了不同的一級和二級申請代碼，這種分散的代碼設置已經無法滿足當前行星科學的發展需要，也與深空探測任務和行星科學研究突出的多學科交叉特點不相符。
建議調整相關申時租空間請代碼設置，地球科學部統籌整合行星科學領域的基金申請，理由如下：①行星科學是地球科學向深空的自然延伸，隨著航天和探測技術的進步，研究行星的思路和方法將越來越九宮格偏向地球科學；②調查結果顯示，65.07%的受訪者認為應當成立行星科學新學科，48.58%的受訪者認為行星科學管理應當歸屬到地球科學部，36.17%的受訪者認為小樹屋應當歸屬到交叉科學部。
考慮到現階段行星科學還處于起步階段，整體研究隊伍相對較小，將行星科學管理歸屬于地球科學部應當是當前最可行的舉措。此舉措不僅能對行星科學的發展形成穩定的支持，而且將鼓勵地球科學工作者進入行星科學研究領域，充分發揮我國地球科學的學科優勢，推動地球科學與行星科學的深度融合。
建立健全人才培養體系，改革評價機制，鼓勵青年人才參與重大任務
行星科學的發展離不開人才隊伍建設，但是由于我國行星科學才剛剛起步，教育體系尚未完全建立，目前我國的行星科學研究者均來自其他學科的延伸拓展，青年人才的培養也無法滿足未來不斷增長的工程任務和科學研究的需求。有41.49%的受訪者認為，目前我國行星科學最突出的問題是，教育體系尚不完善，青年人才嚴重匱乏。建議盡快完善行星科學教育體系，加強本科生和研究生教育；同時，鼓勵青年人才參與重大任務，設定年輕科學家在重大任務中的比例，用任務帶動青年人才的培養，并增加小型項目比例，鼓勵小團隊自由探索，形成寬厚的人才基礎。在未來若干年，要特別重視跨學科人才培養，重視科學和工程復合型人才培養，重視青年領軍人才和科研團隊的建設，早日建成我國行星科學高水平人才梯隊，引領未來深空探測計劃，推動我國早日成為行星科學和深空探測強國。
同時，行星科學既涵蓋了自然科學的主要學科，又涉及諸多工程技術，因而成果的表現形式多樣，通常難以被指標化和形式化。探測任務從論證到實施，研究周期長，合作范圍廣，需要科學家潛下心進行長期研究和攻關，很難在短時間內取得“短、平、快”的成果。行星科學重在原始性創新，制定評價標準時應本著鼓勵探索、寬容失敗的指導思想，鼓勵“十年磨一劍”，引入中長期考評機制；深空探測工程的績效評價則需要結合工程任務的需求，把關鍵技術創新的突破、重大工程的實現等要素作為主要的評價標準。盡快做到有效合理地配置科研資源，使人盡其才、物盡其用，向對月球探測任務作出重大貢獻的團隊及個人做出政策性傾斜。建議建立多元化科研評價標準，針對不同的工作性質，進行差異性分類評價機制，并利用政策激勵科學家積極參與科學普及和科學教育，通過科教融合，實現行星科學人才可持續發展。
加強原創思想保護，數據和樣品的共享，推動科學與工程的深度融合
行星科學解決深空探測“前后一公里”的問題，1對1教學一方面牽引工程任務的論證，另一方面實現工程任務的科學成果產出。但是，有46.28%受訪者認為，對原創想法的提出者保護不足導致未能吸引更多科學家參與任務論證，有39.18%受訪者認為數據和樣品共享力度不足，限制了科學產出，這說明科學研究與探測工程的融合還有待加強。
建議通過制度建設，推動科學與工程的深度融合，如：建立白皮書制度，保護原創想法，鼓勵全國各領域學者參與科學論證；針對每臺載荷都建立科學家團隊，全程參與科學論證、載荷研制、試驗驗證、數據分析和成果產出；加強數據和樣品管理的共享服務，促進更多科學家參與工程任務的科學研究。
統籌開展載人和無人月球探測的科學規劃和論證，分層次長遠布局關鍵技術
受訪者還認為，我國行星科學研究由深空探測任務牽引，更多聚焦短期任務，缺乏長期的規劃。未能充分發揮新型舉國體制優勢，綜合各學科的專業人才進行團隊間的項目交叉合作，形成強強聯合的跨單位研究集群。在工程管理方面，我國的載人和無人月球探測分別由載人航天工程辦公室和國防科工局兩個部門主管，載人和無人探測任務間的協同和配合仍有提升空間。例如，在科學目標的論證和關鍵技術攻關方面，載人和無人任務之間存在不同程度的重疊或相似，如果能夠將無人和載人探測任務更有效地協同和配合，不僅可以避免一些同質化的探測內容，而且可以利用各自的優勢形成互補，更高效地實現重大成果產出。
建議組建一個由多領域專家組成的學術工作組或委員會，統籌開展無人和載人月球探測的科學目標論證，提出具有我國特色的月球探測路線圖，加強任務間的協同和配合；同時，依據探測路線圖和任務科學目標，統籌協調和整合關鍵技術攻關，長遠規劃，分層次對長期、中期、短期關鍵技術進行布局。
（作者：楊蔚、何雨旸，中國科學院地質與地球物理研究所；康晉霆，中國科學技術大學 地球和空間科學學院；陳瑞義，國家自然科學基金委員會、南京郵電大學 管理學院；程惠紅、孫粒，國家自然科學基金委員會；鄧攀，中國科學院 學部工作局；魏勇、林九宮格楊挺、李獻華，中國科學院地質與地球物理研究所； 《中國科學院院刊》供稿）
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